分布式光学电压互感器制造技术

本实用新型专利技术提出一种新型的分布式光学电压互感器。用于以光学方法测量高压输电线路的电压。本实用新型专利技术的分布式光学电压互感器的电气绝缘段由介电材料构成，被测电压加在位于其两端的电极上。此绝缘段在其内部区域提供对外界杂散电场等干扰的介电屏蔽，若干个利用电光晶体Ｂｉ↓［４］Ｇｅ↓［３］Ｏ↓［１２］及光学元件构成的光学微型电场传感器取纵向方位置于此绝缘段内部去感应其所在处的电场，并将所测得的电场值作为输出信号通过光纤传输到数据处理单元后，通过特定数值积分方法使外界各种干扰的影响被限制，从而精确地求出待测电压值。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新型的光学电压互感器，用于以光学方法测量电 压，特别是测量高压输电线的电压。
技术介绍
近年来以光学方法精确测量高电压环境中电压的技术在电力工业中越 来越引起注意。与现存的常规技术，即电感或电容电压变压器，或电容电 压分压器等相比较，光学测量技术具有的优点为-固有的抗电磁干扰的能力；-无铁芯饱和问题；-优异的电气绝缘性能；-更大的带宽；-更大的动态范围；-轻得多的重量；-很小的体积；-遍及整个大动态范围内更高的精度； -安全的运行条件 -低的维修费用；等然而，现有的光学电压互感器，普遍地利用了分立光学元件，以及特 殊的电极结构和绝缘装置，并且需要使用绝缘气体，如六氟化硫。这导致 了结构显著复杂；成本明显增加；维护昂贵困难；并且六氟化硫对环境保护 不利；而且导致应用的安全性降低。
技术实现思路
本技术的目的在于，提出一种分布式光学电压互感器，用于以光学方法测量电压其包括一组分布放置在其介电屏蔽电气绝缘段中的光学 微型电场传感器，通过所述光学微型电场传感器测出电场值再由特定数值 积分方法去求出待测的电压，特别是高压输电线路的电压。其具有高测量 精度，并可以克服各种环境因素造成的干扰。被测电压可以是交流电压，也可以是直流电压。为了实现本技术的目的，提出了一种分布式光学电压互感器，包 括光学电场传感单元，所述光学电场传感单元包括光源，光纤，多个光学 微型电场传感器和光电探测器，所述光学微型电场传感器包括电光晶体；介 电屏蔽绝缘单元；所述介电屏蔽绝缘单元包括由介电材料构成的电气绝缘 ^艮和分别位于电气绝缘^:两端间隔距离为L的两个导体电极，待测电压加 在所述两个导体电极上；数据处理单元，用于接收光学电场传感单元输出的 信号，并计算得出待测电压；其中多个光学微型电场传感器将待测电压生成 的电场转变成光学信号，经所述光电探测器转换输入数据处理单元，数据 处理单元利用特定积分方法计算得出待测电压；其中所述光学微型电场传 感器中的电光晶体光轴与检测光束及待测电场方向平行，即电光晶体处于 纵向方位；本技术的分布式光学电压互感器的组成为 一组用于测量其所在 处电场，并将所测得值以光信号通过光纤传输到数据处理单元的光学微型 电场传感器，如图1， IO所示，形成的光学电场传感单元； 一个由介电材料 构成的电气绝缘段单元，如图1, 12所示，待测电压V加在间隔距离为L 而分别位于其两端的导体电极上，如图1， 13;图1， 14所示，此绝缘段在 其内部区域形成对外界杂散电场等干扰的介电屏蔽，光学微型电场传感器 置于此绝缘段内部去检测其所在处电场； 一个利用光学电场传感单元输出 的光信号通过特定数值积分方法去组合算出待测电压精确值V的数据处理 单元，如图1, ll所示。这三个单元互相结合组成了分布式光学电压互感 器。光学电场传感器本技术为一种基于线性电光效应(Pockels electro-optic effect)的 光学微型电场传感器。光学孩i型电场传感器(Pockels cell)是分布式光学电压互感器系统的核 心器件，它可以很好的抵抗因外界温度和光源强度变化产生的影响而以满 足正C标准的精度去测量电场，并且具有大的动态范围，高的带宽，良好 的运行性能，同时还满足长期稳定性及可靠性要求。一个光学电压互感器系统中所有光学电场传感器沿电场方向的长度总 和与两电极间距L的比值一般小于2。/。，因此所测值近似为点电场值，以便 光学电压互感器系统获得足够的精度。故所用的这些光学元件尺寸都很小， 称为光学微型电场传感器。筒称为微型电场传感器。BUGe30!2晶体，简称BGO晶体，具有立方对称点群&附，也记作Td。 其三个非零矩阵元相等r41 = r52 = r63.在光学微型电场传感器中BGO晶体 所取的方位，外加电场方向，与光束传播方向三者之间的关系为微型电场传感器里的BGO晶体在光学电压互感器中取纵向方位，如图 6a, b所示，即BGO晶体的光轴方向，晶体中^r测光束的方向，外加电场， 也就是待测电场的方向，这三者互相都平行，即都是在同一方向，如图6, 41所示。通常取BGO晶体尺寸最长方向的光轴作为光束传播的方向和待测 电场的方向，并取此方向为直角坐标系中的z轴方向，如图1, 10;图6a, b所示。由外加电场，也就是待测电场所感生的沿z轴传播光束的两个正交光学 偏振模之间的光折射率之差，即线性双折射为与之对应的这两个正交光学偏振模之间相位差为"2丌"^ (2)其中nQ 未受外电场扰动的BGO晶体折射率； r41 BGO晶体电光系数；VzBGO电光晶体在z轴方向两个端面所受到的外加电压； K卡A入o 所用光源在真空中的波长；Lz BGO电光晶体在z轴方向，；险测光束方向，也就是待测电场方向 的长度；Ez 沿纵向外加于BGO晶体上的电场，即待测电场 当光学电场传感器安^L在纵向方位，则在沿z轴传播的两个正交光学偏 振模之间所感生的线性双折射是唯一的依赖于外加在BGO晶体上的电场。当光学电场传感器处于纵向方位时电光晶体的灵敏度仅由三个因素决 定no;巧，此处为r41，而与所用BGO晶体的长度与几何尺寸无关。 这可由半波电压，即产生Tt相位差所对应的电压表示2"or" (3)偏置纵向光学电场传感器，如图3所示，的透射率T为、1r-丄21 + sin当关系V V" (5) 表示的限制条件满足时，则有下列近似关系成立if P2 K(6)所以，只要条件(5)满足上式就是纵向偏置微型电场传感器的透射率和 外加电压关系的很好近似，体现出加偏置后对外加电压的响应有足够好的 线性度。而且从(4)式可见，只要条件(5)满足在这个电场传感器上外加一个小电 场将引起透射率最大的变化。这就表明加偏置后电场传感器灵壽文度最大。在光学电压互感器系统构造中，因为微型电场传感器的BGO晶体沿z 轴长度，即在电场方向的线度，远小于两高压电极之间的距离L, BGO晶 体上所受到的电压远小于其半波电压V-所以条件(5)总可以满足。因此, BGO晶体光学微型电场传感器可以具有适当的灵敏度，很高的线性度，以 及足够高的精度，并且对应着相当大的动态测量范围。本技术的光学^f鼓型电场传感单元可以利用图4(a， b, c， d， e.)中示 意的各个形式光学电场传感单元之中的任何一种，都能够在其信号输出端 获得两个互相补充的光强信号Si和S2。通过光探测器和模数转换器可将其转化为数字电子信号的输出值a, b，然后再由数据处理单元按照下述方法 算出此光学微型电场传感器所测电场精确值。当被测电压为直流电压时，则应该利用图5中示意的光学微型交直流 电场传感单元，然后再由数据处理单元按照下述的求直流电场方法去算出 此光学微型电场传感器所测直流电场精确值，参见公式17。本技术分布式光学电压互感器，如图1，图2所示，包括一个由介 电材料构成的电气绝缘段单元，如图1, 12所示，被测电压加在通过间隔 if巨离为L而分别处在其两端的导体电极上，其中一个电极接高压输电线电 位，如图1, 13所示，另一个接地电位，如图1, 14所示；此绝缘段具有选 定的介电常数和特殊的组成，构造及形状，常为管形柱，同电极衔接的电 阻型介电屏蔽管，置放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光学电压互感器，包括：　　　　光学电场传感单元，所述光学电场传感单元包括光源，光纤，多个光学微型电场传感器和光电探测器，所述光学微型电场传感器包括电光晶体；　　　　介电屏蔽绝缘单元；所述介电屏蔽绝缘单元包括由介电材料构成的电气绝缘段和分别位于电气绝缘段两端间隔距离为Ｌ的两个导体电极，待测电压加在所述两个导体电极上；　　　　数据处理单元，用于接收光学电场传感单元输出的信号，并计算得出待测电压；　　　　其中多个光学微型电场传感器将待测电压生成的电场转变成光学信号，经所述光电探测器转换输入数据处理单元，数据处理单元利用数值积分方法计算得出待测电压；　　　　其特征在于：所述光学微型电场传感器中的电光晶体光轴与检测光束及待测电场方向平行，即电光晶体处于纵向方位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：湾世伟，
申请(专利权)人：湾世伟，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]